本發(fā)明屬于海水淡化，涉及一種納米纖維素基太陽能界面蒸發(fā)器件、其制備方法及用途。

背景技術(shù)：

1、淡水資源是人類賴以生存的根本，更在工業(yè)及食品生產(chǎn)等國民經(jīng)濟重要支柱產(chǎn)業(yè)中起著決定性的作用。目前，被認(rèn)為最可能解決淡水資源短缺問題的技術(shù)便是海水淡化技術(shù)。較為成熟的海水淡化技術(shù)有蒸餾法、電滲析法、滲透法和冷凍法等。

2、太陽能驅(qū)動界面水蒸發(fā)技術(shù)，簡單而言，就是使用太陽能作為“動力”，通過光熱轉(zhuǎn)換材料的設(shè)計，吸收太陽能并將其轉(zhuǎn)化為熱能，將水加熱從而產(chǎn)生水蒸氣。太陽能驅(qū)動界面水蒸發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用于海水淡化時，只需要將產(chǎn)生的水蒸氣進行收集便能得到淡水資源，無需大規(guī)模的生產(chǎn)設(shè)備并避免了化石能源的消耗。

3、納米纖維素氣凝膠較低的導(dǎo)熱率能夠避免能量的浪費，而多孔的結(jié)構(gòu)則能夠增強太陽光的多重反射進而增強材料對于太陽能的吸收，另外納米纖維素氣凝膠優(yōu)異的親水性能夠保障水分的快速傳輸。由于以上的幾個優(yōu)點，納米纖維素氣凝膠被認(rèn)為是最為優(yōu)異的太陽能水蒸發(fā)器的基底支撐材料。但納米纖維素氣凝膠本身并不吸收太陽光，因此需要與其他光熱材料進行結(jié)合才能獲得優(yōu)異的水蒸氣蒸發(fā)性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種納米纖維素基太陽能界面蒸發(fā)器件、其制備方法及用途。

2、為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種納米纖維素基太陽能界面蒸發(fā)器件的制備方法，所述制備方法包括：

4、（ⅰ）將氧化石墨烯分散于去離子水中，經(jīng)超聲分散后得到氧化石墨烯分散液，向所述氧化石墨烯分散液中加入l-半胱氨酸，在密封條件下混合攪拌直至所述l-半胱氨酸完全溶解，得到反應(yīng)溶液；向所述反應(yīng)溶液中加入氯化銅溶液，混合均勻后得到前驅(qū)體溶液，將所述前驅(qū)體溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中進行加熱，使得l-半胱氨酸與氯化銅反應(yīng)生成硫化銅，同時，氧化石墨烯反應(yīng)生成還原氧化石墨烯，反應(yīng)結(jié)束后對反應(yīng)產(chǎn)物進行過濾、洗滌和干燥，得到由還原氧化石墨烯和硫化銅組成的光熱轉(zhuǎn)換材料；

5、（ⅱ）將氟化鋰加入鹽酸溶液中，混合均勻后得到刻蝕溶液，向所述刻蝕溶液中加入鈦碳化鋁粉末，經(jīng)磁力攪拌和水浴加熱后得到懸浮液，采用去離子水對所述懸浮液依次進行洗滌和離心，重復(fù)洗滌和離心操作至少三次后取沉淀物分散于去離子水中，靜置后取上清液進行干燥，得到mxene納米片；將所述mxene納米片分散于去離子水中形成mxene分散液，將所述mxene分散液轉(zhuǎn)移至搖床中，向所述mxene分散液中加入聚乙烯亞胺，在搖床中加熱振蕩以進行氨基化改性；隨后，在室溫下向所述mxene分散液中加入多巴胺溶液，在搖床中混合振蕩使得多巴胺發(fā)生原位氧化自聚合形成聚多巴胺，最后經(jīng)過濾、洗滌和干燥后得到改性mxene納米片；

6、（ⅲ）將殼聚糖分散于醋酸水溶液中，進行混合攪拌并加熱直至殼聚糖完全溶解，得到殼聚糖溶液，向所述殼聚糖溶液中滴入2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨，進行混合攪拌并加熱以對殼聚糖進行季銨化改性，隨后經(jīng)過濾、洗滌和干燥后得到季銨化殼聚糖；將聚乙烯醇、丙三醇和去離子水混合均勻得到反應(yīng)前體溶液，對所述反應(yīng)前體溶液進行加熱回流反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌和干燥后得到改性聚乙烯醇；將海藻酸鈉溶于去離子水中得到海藻酸鈉溶液，向所述海藻酸鈉溶液中加入高碘酸鈉，在室溫和避光條件下進行攪拌以發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌和干燥后得到氧化海藻酸鈉；

7、（ⅳ）將步驟（ⅲ）得到的所述季銨化殼聚糖、所述改性聚乙烯醇、所述氧化海藻酸鈉加入納米纖維素溶液中，混合均勻后得到前體混合液，向所述前體混合液中加入步驟（?。┑玫降乃龉鉄徂D(zhuǎn)換材料以及步驟（ⅱ）得到的所述改性mxene納米片，經(jīng)超聲分散后得到凝膠前體溶液；

8、（ⅴ）將戊二醛與鹽酸溶液混合均勻，得到戊二醛酸溶液，將步驟（ⅳ）得到的所述凝膠前體溶液倒入模具中，向所述凝膠前體溶液中滴入所述戊二醛酸溶液，混合攪拌以發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后置于室溫下靜置以進行凝膠化，得到水凝膠中間體；將所述水凝膠中間體在低溫條件下冷凍一段時間，隨后取出解凍一段時間，重復(fù)進行冷凍和解凍過程至少三次，得到復(fù)合水凝膠；

9、（ⅵ）將步驟（ⅴ）得到的所述復(fù)合水凝膠浸泡于苯胺單體溶液中，向所述苯胺單體溶液中滴加過硫酸銨溶液，混合攪拌后靜置以發(fā)生反應(yīng)生成聚苯胺，反應(yīng)結(jié)束后依次經(jīng)過濾、洗滌和干燥后得到改性復(fù)合水凝膠，將所述改性復(fù)合水凝膠置于冷板上進行定向冷凍，所述改性復(fù)合水凝膠的一側(cè)面與所述冷板的表面接觸以在所述改性復(fù)合水凝膠的內(nèi)部的豎直方向上形成溫度梯度，在所述冷板上放置一段時間后將所述改性復(fù)合水凝膠取下置于冷凍干燥機中進行冷凍干燥，以在所述改性復(fù)合水凝膠的內(nèi)部形成垂直孔道，得到氣凝膠基體；

10、（ⅶ）將吡咯單體溶解于鹽酸溶液中，混合均勻后得到吡咯單體溶液，將步驟（ⅵ）得到的所述氣凝膠基體浸泡于所述吡咯單體溶液中并進行磁力攪拌，使得所述吡咯單體進入所述氣凝膠基體的孔道內(nèi)部；隨后，向所述吡咯單體溶液中加入三氯化鐵溶液，在冰水浴環(huán)境下進行磁力攪拌以發(fā)生反應(yīng)，使得所述吡咯單體在所述氣凝膠基體的表面和孔道內(nèi)壁發(fā)生原位氧化自聚合形成聚吡咯，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌和液氮冷凍干燥后得到所述納米纖維素基太陽能界面蒸發(fā)器件。

11、本發(fā)明以季銨化殼聚糖、改性聚乙烯醇、氧化海藻酸鈉和納米纖維素溶液作為凝膠前體溶液，并在凝膠前體溶液中加入由氧化石墨烯和硫化銅組成的光熱轉(zhuǎn)換材料以及經(jīng)聚乙烯亞胺和聚多巴胺改性的改性mxene納米片，在戊二醛交聯(lián)劑的作用下，通過氫鍵交聯(lián)和凍融循環(huán)作用構(gòu)建了具有良好骨架結(jié)構(gòu)的復(fù)合水凝膠；隨后利用化學(xué)原位聚合，以過硫酸銨為氧化劑，引發(fā)了苯胺單體在復(fù)合水凝膠內(nèi)部進行原位生長生成聚苯胺納米纖維，通過定向冷凍干燥，得到了具有垂直排列的大孔通道的氣凝膠基體，最后在氣凝膠基體表面進行吡咯原位聚合反應(yīng)生成聚吡咯，聚吡咯作為光吸收位點顯著提高了太陽能界面蒸發(fā)器件的光捕獲能力，有助于實現(xiàn)太陽能界面蒸發(fā)器件在全光譜范圍內(nèi)的寬吸收，提高了太陽能界面蒸發(fā)器件對太陽光的利用率。

12、影響太陽能界面蒸發(fā)器件對水蒸發(fā)速率的主要因素包括太陽能界面蒸發(fā)器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和具有優(yōu)異吸光性能的光熱轉(zhuǎn)換材料，還原氧化石墨烯具有較大的比表面積、良好的光熱轉(zhuǎn)換性能和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，其太陽能-熱轉(zhuǎn)換效率高達90.1%，太陽能-蒸汽轉(zhuǎn)換效率高達96.2%。硫化銅由于在近紅外區(qū)域具有很強的光吸收能力，本發(fā)明將還原氧化石墨烯與硫化銅相結(jié)合，利用二者之間的協(xié)同增效作用，極大地提高了太陽能界面蒸發(fā)器件對太陽光的利用率。

13、硫化銅是一種p型半導(dǎo)體材料，由晶格內(nèi)的銅空位引起，通過等離子體的共震效應(yīng)導(dǎo)致表面的載流子發(fā)生遷移而表現(xiàn)出優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換性能。目前制備硫化銅材料多以硫化鈉、硫脲和二甲基亞砜作為硫源，需要使用大量的化學(xué)試劑。本發(fā)明采用生物質(zhì)氨基酸—l-半胱氨酸作為硫源，以氯化銅為銅源，l-半胱氨酸在水熱反應(yīng)過程中發(fā)揮了還原劑、供硫劑和連接劑的三重作用，一方面，l-半胱氨酸中含有羧基（-cooh）、巰基（-sh）和氨基（-nh2），由于-sh的存在，對cu2+離子具有很高的親和力，在水熱反應(yīng)過程中，l-半胱氨酸釋放h2s，作為硫化物源與cu2+形成金屬硫化物納米顆粒；另一方面，l-半胱氨酸還可以作為還原劑，將氧化石墨烯被還原為還原氧化石墨烯；再一方面，由于納米硫化銅不易分散，通過l-半胱氨酸作為連接劑，使得反應(yīng)生成的硫化銅負(fù)載于氧化石墨烯片層上，通過水熱反應(yīng)一步合成硫化銅/還原氧化石墨烯光熱轉(zhuǎn)換材料。

14、還原氧化石墨烯與硫化銅之間的協(xié)同增效作用體現(xiàn)在：

15、一方面，硫化銅的局部表面等離子共振效應(yīng)和電子在導(dǎo)帶和價帶之間躍遷（1.2~2.0ev）的過程有助于太陽能界面蒸發(fā)器件在全光譜范圍內(nèi)實現(xiàn)寬吸收，從而獲得較高的表面溫度，有利于提高太陽能界面蒸發(fā)器表面的水蒸發(fā)速率，并且硫化銅和還原氧化石墨烯都具有優(yōu)異的光吸收能力，還原氧化石墨烯和硫化銅之間的電子相互作用也可進一步降低硫化銅的帶隙，使得更多的光子被吸收，從而提高了太陽能界面蒸發(fā)器件對太陽光的利用率；

16、另一方面，硫化銅與還原氧化石墨烯的耦合不僅改變了太陽能界面蒸發(fā)器件對太陽光的利用率，也使得太陽能界面蒸發(fā)器件的表面積和孔隙率提高，擴大的表面積可以增加氣-水蒸發(fā)界面的面積，增加的孔隙率可以加速太陽能界面蒸發(fā)器件對海水的輸送和水蒸汽的逸散，由此產(chǎn)生的熱量可以有效傳遞給海水，有助于提高水蒸發(fā)速率；此外，由硫化銅納米片組成的花簇狀結(jié)構(gòu)也使得入射光在光熱轉(zhuǎn)換材料上可以進行多次散射和吸收，賦予了光熱轉(zhuǎn)換材料優(yōu)異的光熱效應(yīng)。

17、mxene納米片具有可見光吸收能力強、光熱轉(zhuǎn)換效率高、光吸收范圍寬等特性，其光熱轉(zhuǎn)換效率接近100%，但由于其固有的高表面能和界面范德華作用而易出現(xiàn)團聚現(xiàn)象。本發(fā)明通過氟化鋰和鹽酸原位生成氟化氫刻蝕法刻蝕鈦碳化鋁得到少層mxene納米片，將具有強吸光性的mxene納米片加入前體混合液中，mxene納米片表面豐富的羥基官能團能夠與前體混合液中的納米纖維素的羥基官能團產(chǎn)生氫鍵作用，經(jīng)過定向冷凍干燥后形成多孔、親水以及具有垂直孔道結(jié)構(gòu)的氣凝膠基體，mxene納米片附著于氣凝膠基體的表面和孔道內(nèi)壁，可以有效防止mxene納米片發(fā)生團聚。同時，通過加入mxene納米片還能夠顯著增強太陽能界面蒸發(fā)器件的光吸收能力和吸水能力，這是由于，一方面，在海水蒸發(fā)過程中，當(dāng)太陽光照射在太陽能界面蒸發(fā)器件時，部分太陽光被太陽能界面蒸發(fā)器件表面的mxene納米片吸收，其余太陽光進入太陽能界面蒸發(fā)器件的孔道內(nèi)部，經(jīng)過多重反射后再次被孔道內(nèi)壁上的mxene納米片吸收，最后轉(zhuǎn)換為熱能并對水分進行加熱產(chǎn)生水蒸氣，氣凝膠基體自身的多孔結(jié)構(gòu)配合mxene納米片的吸光能力強化了太陽能界面蒸發(fā)器件對太陽光的吸收效果。另一方面，mxene納米片表面過多的親水官能團也進一步提高了氣凝膠基體表面和孔道內(nèi)壁的親水性，促進了海水在其親水表面快速移動傳輸，此外，通過氫鍵可以與水分子結(jié)合使其活化，降低海水的蒸發(fā)焓，從而加速海水的蒸發(fā)速率，有利于太陽能海水淡化。再一方面，本發(fā)明選擇氧化石墨烯作為共同構(gòu)建單元，輔助mxene納米片進行組裝，mxene納米片與氧化石墨烯之間的強相互作用可以將mxene納米片粘合形成連續(xù)的薄片，二者協(xié)同分散以減少mxene納米片在氣凝膠基體內(nèi)的重新堆積，實現(xiàn)mxene納米片比表面積的最大化，使得冷凍干燥后的氣凝膠基體表現(xiàn)出優(yōu)異的機械強度；此外，由于mxene納米片本征的親水性以及輕微還原的還原氧化石墨烯使得氣凝膠基體整體表現(xiàn)為親水性，結(jié)合穩(wěn)定的垂直孔道結(jié)構(gòu)，顯著提高了太陽能界面蒸發(fā)器件的吸水能力。

18、為了進一步提高mxene納米片的光吸收能力，并防止mxene納米片從氣凝膠基體的表面或孔道內(nèi)脫落，本發(fā)明在將mxene納米片加入前體混合液前，采用聚乙烯亞胺和多巴胺對mxene納米片進行聯(lián)合改性，在mxene納米片表面形成聚乙烯亞胺/聚多巴胺交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，聚乙烯亞胺與聚多巴胺的協(xié)同作用體現(xiàn)在：一方面，聚乙烯亞胺和聚多巴胺為mxene納米片賦予了更加優(yōu)異的親水性，進一步提高了太陽能界面蒸發(fā)器件對海水的浸潤能力，促進了海水在太陽能界面蒸發(fā)器件和表面和孔道內(nèi)的擴散傳輸，同時，負(fù)載聚多巴胺后使得mxene納米片表面呈現(xiàn)粗糙的褶皺狀形貌，有助于提高mxene納米片的光吸收率；另一方面，由于聚多巴胺含有多個羥基和氨基官能團，在靜電吸附和氫鍵相互作用下，使得mxene納米片可以更加牢固地吸附在氣凝膠基體的表面和孔道內(nèi)壁，增強了改性mxene納米片在氣凝膠基體上的負(fù)載強度，防止太陽能界面蒸發(fā)器件在長期使用過程中改性mxene納米片從其孔道內(nèi)脫落；再一方面，通過shiff堿和michael加成反應(yīng)，可以在mxene納米片表面組裝形成一層極薄的聚乙烯亞胺/聚多巴胺物理屏障膜，防止氧氣不斷向內(nèi)擴散進入mxene晶格中，從而有效抑制mxene納米片的自發(fā)氧化和脫落，提高了太陽能界面蒸發(fā)器件的環(huán)境穩(wěn)定性和使用壽命。

19、本發(fā)明以季銨化殼聚糖、改性聚乙烯醇和氧化海藻酸鈉作為水凝膠的基體組分，在戊二醛交聯(lián)和氫鍵的共同作用下形成了具有穩(wěn)定骨架結(jié)構(gòu)的水凝膠中間體，隨后通過凍融循環(huán)工藝得到了復(fù)合水凝膠，復(fù)合水凝膠中存在兩種不同的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：

20、一是由氧化海藻酸鈉與季銨化殼聚糖通過席夫堿化學(xué)交聯(lián)形成的具有優(yōu)異機械強度的化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，氧化海藻酸鈉中含有大量的羥基和羧基等官能團，這些官能團可以與改性聚乙烯醇和納米纖維素上的羥基官能團通過氫鍵作用相互交聯(lián)；此外，經(jīng)過刻蝕、剝離和改性后得到的改性mxene納米片上也含有大量的親水性官能團和氟負(fù)離子，可以使改性mxene納米片均勻分布在由氧化海藻酸鈉與季銨化殼聚糖形成的化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中；本發(fā)明采用2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨對殼聚糖進行季銨化改性，未改性的殼聚糖由于分子內(nèi)和分子間大量氫鍵的存在，使得結(jié)晶度非常高，溶劑難以滲入，溶解性較差，本發(fā)明在殼聚糖分子結(jié)構(gòu)中引入位阻大、水合能力強的2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨后，在殼聚糖的骨架上引入帶有永久性正電荷的季銨鹽官能團，殼聚糖分子中大部分氫鍵被破壞，而剩余的氫鍵和新形成的酰胺氫鍵較弱，從而有效破壞了氨基和羥基之間的氫鍵，難以形成新的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，使得殼聚糖分衍生物呈更無定形狀態(tài)，結(jié)晶度下降，水溶性增加。

21、二是由聚乙烯醇和丙三醇通過氫鍵作用形成的物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)互穿在化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，該物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以使水分子以團簇的形式蒸發(fā)來降低水的蒸發(fā)焓，在復(fù)合水凝膠中，改性聚乙烯醇分子鏈上還有大量的羥基，可以與水分子通過氫鍵和靜電作用相結(jié)合，從而使水分子活化，產(chǎn)生大量的弱結(jié)合水分子，促進了水分的蒸發(fā)，提高了對太陽光的利用率；此外，改性聚乙烯醇上的羥基官能團還可以與聚多巴胺的氨基官能團之間通過氫鍵作用緊密交聯(lián)，使得經(jīng)聚多巴胺改性后的改性mxene納米片可以牢固附著在氣凝膠基體上。

22、本發(fā)明在氣凝膠基體中加入了納米纖維素，借助納米纖維素具有的力學(xué)增強性能、較低的熱導(dǎo)率以及超親水性等優(yōu)勢，可以進一步增強氣凝膠基體的水分傳輸能力、熱管理能力和力學(xué)強度。一方面，納米纖維素上具有豐富的羥基等親水性官能團，因此可以通過自身優(yōu)異的親水性將水分持續(xù)不斷的輸送到太陽能界面蒸發(fā)器件的表面，從而提高太陽能界面蒸發(fā)器件對海水的運輸能力。另一方面，具有高長徑比的纖維絲狀結(jié)構(gòu)的納米纖維素在前體混合液中通過物理交叉纏繞和氫鍵作用形成了三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，經(jīng)冷凍干燥后在氣凝膠基體內(nèi)構(gòu)建了三維多孔結(jié)構(gòu)，不僅為水蒸氣的逸出提供了豐富的傳輸通道，而且可以有效提高氣凝膠基體的力學(xué)強度。此外，在氣凝膠基體中，改性mxene納米片優(yōu)異的光吸收性能及光熱轉(zhuǎn)換性能保證了氣凝膠基體能夠吸收太陽光并轉(zhuǎn)化為熱量用于加熱水分，借助改性mxene納米片上的羥基與納米纖維素的羥基之間的氫鍵作用以及納米纖維素自身的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以有效緩解mxene納米片在凝膠前體溶液中的堆疊現(xiàn)象，避免了氣凝膠基體的光吸收性能的下降。

23、本發(fā)明在復(fù)合水凝膠中引入苯胺單體，在改性mxene納米片和過硫酸銨的共同作用下，苯胺單體會在復(fù)合水凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中發(fā)生成核接枝以在改性mxene納米片表面自聚合形成短鏈聚苯胺納米纖維，整個過程的反應(yīng)機理為：

24、改性mxene納米片表面含有大量的-f、-o以及-oh官能團，在過硫酸銨形成的弱酸性環(huán)境下，mxene納米片上的-o和-oh官能團能夠氧化苯胺單體，使其形成苯胺陽離子自由基或者中性自由基，在此過程中，兩個苯胺陽離子自由基以頭尾相連的方式聚合形成苯胺二聚體，同時，苯胺二聚體在初步聚合反應(yīng)完成后可以通過苯胺的氧化產(chǎn)物中苯環(huán)的氫原子發(fā)生親電取代形成苯胺二聚體來繼續(xù)進行聚合，由于生成的苯胺二聚體的氧化電位遠(yuǎn)低于苯胺單體的氧化電位，因而苯胺二聚體在形成過程中可以通過隨后的氧化或去質(zhì)子化快速氧化并與其他游離的苯胺單體反應(yīng)形成短鏈聚苯胺納米纖維。

25、當(dāng)將復(fù)合水凝膠浸泡于苯胺單體溶液中時，苯胺單體會在改性mxene納米片表面按上述反應(yīng)過程發(fā)生自聚合，在改性mxene納米片表面成核接枝形成短鏈聚苯胺納米纖維，接枝形成的短鏈聚苯胺納米纖維還會與光熱轉(zhuǎn)換材料中的還原氧化石墨烯之間通過氫鍵、π-π共軛相互作用以及范德華力緊密結(jié)合，在短鏈聚苯胺納米纖維形成的“分子橋”作用下將改性mxene納米片與光熱轉(zhuǎn)換材料連接，最終形成了具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的改性復(fù)合水凝膠。此外，通過苯胺單體的自聚合形成的短鏈聚苯胺納米纖維還可以插入還原氧化石墨烯的片層內(nèi)，從而提高還原氧化石墨烯的片層間距，有效抑制了還原氧化石墨烯的團聚問題。

26、由于冰晶的無序生長，采用傳統(tǒng)的冷凍法制備得到的氣凝膠基體大多表現(xiàn)出無序的孔隙結(jié)構(gòu)，不僅內(nèi)部孔道分布不均，而且開孔與閉孔結(jié)構(gòu)并存，閉孔結(jié)構(gòu)的存在使得水分運輸和水蒸氣逸散過程受到影響。本發(fā)明采用定向冷凍干燥制備得到了具有垂直孔道結(jié)構(gòu)的氣凝膠基體，其原理是通過對改性復(fù)合水凝膠施加溫度梯度來控制改性復(fù)合水凝膠內(nèi)的冰晶的生長方向，在溫度梯度作用下，冰晶沿著垂直方向由低溫端到高溫端定向生長，隨后在冷凍干燥機內(nèi)經(jīng)冷凍干燥后使得冰晶升華，最終的孔隙直接復(fù)制了冰晶的結(jié)構(gòu)，在最終得到的氣凝膠基體內(nèi)形成了垂直方向排列的多孔結(jié)構(gòu)。

27、本發(fā)明制備得到的軸向有序、規(guī)則排列的孔道通道的優(yōu)勢在于：

28、（1）采用定向冷凍工藝在氣凝膠基體內(nèi)部形成定向孔結(jié)構(gòu)，使得水分運輸?shù)木嚯x更短，水分運輸?shù)淖枇Ω?，水蒸氣的逸散更加充分，極大地提高了太陽能界面蒸發(fā)器件的模擬海水攀升距離和水蒸發(fā)速率，同時也能有效防止氣凝膠基體內(nèi)部出現(xiàn)閉孔結(jié)構(gòu)；

29、（2）當(dāng)太陽光進入垂直孔道時可在垂直孔道的內(nèi)壁之間發(fā)生多次折射，有助于提高太陽能界面蒸發(fā)器件對太陽光的吸光率，實現(xiàn)了對太陽能的高效吸收；

30、（3）這種垂直排列的大孔通道可以快速補給太陽能界面蒸發(fā)器件表面蒸發(fā)掉的水分，使太陽能界面蒸發(fā)器件能夠長期保持高效運行，以提高太陽能界面蒸發(fā)器件對太陽光的吸收能力和水蒸發(fā)性能；

31、（4）隨著冰晶的定向生長，光熱轉(zhuǎn)換材料和改性mxene納米片可以沉積在氣凝膠基體的孔壁上，有利于光熱轉(zhuǎn)換材料和改性mxene納米片的充分暴露，以達到最大的孔隙利用率，從而提高太陽能界面蒸發(fā)器件的光熱轉(zhuǎn)換效率。

32、本發(fā)明采用化學(xué)氧化聚合法在氣凝膠基體的表面和內(nèi)部負(fù)載了聚吡咯，采用fecl3作為氧化劑來氧化吡咯單體合成聚吡咯，聚合反應(yīng)開始時，在fecl3的作用下，吡咯單體被氧化后產(chǎn)生一些陽離子自由基發(fā)生質(zhì)子化反應(yīng)，這些擁有化學(xué)活性的陽離子自由基兩兩結(jié)合生成雙吡咯結(jié)構(gòu)，雙吡咯結(jié)構(gòu)再被氧化后繼續(xù)與其它氧化態(tài)的吡咯單體相互耦合，氧化和耦合過程持續(xù)進行，直至形成聚吡咯分子鏈，最終得到黑色不溶于水的聚吡咯。

33、由于聚吡咯本身呈現(xiàn)黑色，可以作為光吸收位點，在受到光照射時自發(fā)吸收大部分的光，顯著提高了太陽能界面蒸發(fā)器件的光捕獲能力；同時，氣凝膠基體內(nèi)部的垂直孔道結(jié)構(gòu)使得太陽光在氣凝膠基體內(nèi)部發(fā)生反復(fù)折射散射，促進了光捕獲，導(dǎo)致最終制備得到的太陽能界面蒸發(fā)器件在300~2500nm波長范圍內(nèi)幾乎沒有光透射，實現(xiàn)了全光譜寬吸收，吸收率約為98%，引入的光熱轉(zhuǎn)換材料和改性mxene納米片則可快速將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，以實現(xiàn)有效的能量轉(zhuǎn)換，這些因素協(xié)同作用有利于加速太陽能界面蒸發(fā)器件的水界面蒸發(fā)。

34、聚吡咯和改性mxene納米片之間還能產(chǎn)生協(xié)同增效作用，主要體現(xiàn)在：

35、一方面，經(jīng)hcl-lif蝕刻后使得改性mxene納米片的表面暴露出豐富的含氟和含氧官能團，來自聚吡咯環(huán)中的n-h官能團和改性mxene納米片表面的含氟和含氧官能團能夠在聚吡咯和改性mxene納米片之間形成穩(wěn)定的物理吸附結(jié)構(gòu)，從而有利于改性mxene納米片與聚吡咯進行復(fù)合，使得聚吡咯分子鏈得以均勻分布在mxene納米片上并插入mxene納米片的邊緣和存在缺陷的部位，通過聚吡咯分子鏈的插入可以有效阻止改性mxene納米片缺陷部位出現(xiàn)氧化降解反應(yīng)；同時，聚吡咯嵌入到改性mxene納米片的層狀結(jié)構(gòu)中，可以增大改性mxene納米片的層間距，起到空間阻隔作用，一定程度上解決了改性mxene納米片的片層堆積問題；此外，聚吡咯顆粒包覆在改性mxene納米片表面可以保護改性mxene納米片不被氧化。與聚吡咯進行復(fù)合后的改性mxene納米片被鈍化，改性mxene納米片的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能得到了顯著提高，在經(jīng)過改性mxene納米片摻雜后的聚吡咯的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性同樣得到了提高。

36、另一方面，傳統(tǒng)的聚吡咯聚合反應(yīng)中會添加引發(fā)劑，而本發(fā)明中的聚合過程中未使用其他引發(fā)劑參加反應(yīng)，只是采用簡單的fecl3氧化劑對吡咯單體進行聚合反應(yīng)，這是由于，改性mxene納米片自身有酸性，在酸性條件下會發(fā)生吡咯環(huán)c-3位置的質(zhì)子化反應(yīng)，吡咯分子被質(zhì)子化后還會持續(xù)地將其他分子質(zhì)子化生成雙吡咯結(jié)構(gòu)直至生成聚吡咯分子長鏈。

37、作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟（ⅰ）中，所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10~20wt%，例如可以是10wt%、11wt%、12wt%、13wt%、14wt%、15wt%、16wt%、17wt%、18wt%、19wt%或20wt%，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

38、在一些可選的實例中，所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯與l-半胱氨酸的質(zhì)量比為1:(15~25)，例如可以是1:15、1:16、1:17、1:18、1:19、1:20、1:21、1:22、1:23、1:24或1:25，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

39、在一些可選的實例中，所述氯化銅溶液中的氯化銅的濃度為1~1.2mol/l，例如可以是1.0mol/l、1.02mol/l、1.04mol/l、1.06mol/l、1.08mol/l、1.1mol/l、1.12mol/l、1.14mol/l、1.16mol/l、1.18mol/l或1.2mol/l，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

40、在一些可選的實例中，所述反應(yīng)溶液中的l-半胱氨酸與氯化銅溶液中的氯化銅的質(zhì)量比為(3~5):1，例如可以是3.0:1、3.2:1、3.4:1、3.6:1、3.8:1、4.0:1、4.2:1、4.4:1、4.6:1、4.8:1或5.0:1，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

41、在一些可選的實例中，所述前驅(qū)體溶液的加熱溫度為140~160℃，例如可以是140℃、142℃、144℃、146℃、148℃、150℃、152℃、154℃、156℃、158℃或160℃，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

42、在一些可選的實例中，所述前驅(qū)體溶液的加熱時間為10~15h，例如可以是10h、10.5h、11h、11.5h、12h、12.5h、13h、13.5h、14h、14.5h或15h，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

43、作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟（ⅱ）中，所述鹽酸溶液的濃度為3~5mol/l，例如可以是3.0mol/l、3.2mol/l、3.4mol/l、3.6mol/l、3.8mol/l、4.0mol/l、4.2mol/l、4.4mol/l、4.6mol/l、4.8mol/l或5.0mol/l，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

44、在一些可選的實例中，所述氟化鋰與鹽酸溶液的混合比例為1g:(15~25)ml，例如可以是1g:15ml、1g:16ml、1g:17ml、1g:18ml、1g:19ml、1g:20ml、1g:21ml、1g:22ml、1g:23ml、1g:24ml或1g:25ml，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

45、在一些可選的實例中，所述刻蝕溶液與所述鈦碳化鋁粉末的混合比例為1l:(30~40)g，例如可以是1l:30g、1l:31g、1l:32g、1l:33g、1l:34g、1l:35g、1l:36g、1l:37g、1l:38g、1l:39g或1l:40g，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

46、在一些可選的實例中，所述刻蝕溶液與所述鈦碳化鋁粉末混合時的水浴加熱的溫度為30~40℃，例如可以是30℃、31℃、32℃、33℃、34℃、35℃、36℃、37℃、38℃、39℃或40℃，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

47、在一些可選的實例中，所述刻蝕溶液與所述鈦碳化鋁粉末混合時的水浴加熱的時間為12~24h，例如可以是12h、13h、14h、15h、16h、17h、18h、19h、20h、21h、22h、23h或24h，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

48、在一些可選的實例中，所述mxene分散液中的mxene納米片的濃度為3~5g/l，例如可以是3.0g/l、3.2g/l、3.4g/l、3.6g/l、3.8g/l、4.0g/l、4.2g/l、4.4g/l、4.6g/l、4.8g/l或5.0g/l，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

49、在一些可選的實例中，所述mxene分散液中的mxene納米片與聚乙烯亞胺的質(zhì)量比為1:(0.6~0.8)，例如可以是1:0.6、1:0.62、1:0.64、1:0.66、1:0.68、1:0.7、1:0.72、1:0.74、1:0.76、1:0.78或1:0.8，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

50、在一些可選的實例中，所述氨基化改性的加熱振蕩的加熱溫度為40~50℃，例如可以是40℃、41℃、42℃、43℃、44℃、45℃、46℃、47℃、48℃、49℃或50℃，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

51、在一些可選的實例中，所述氨基化改性的加熱振蕩的搖床轉(zhuǎn)速為150~250r/min，例如可以是150r/min、160r/min、170r/min、180r/min、180r/min、200r/min、210r/min、220r/min、230r/min、240r/min或250r/min，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

52、在一些可選的實例中，所述氨基化改性的加熱振蕩的改性時間為1~2h，例如可以是1.0h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h或2.0h，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

53、在一些可選的實例中，所述多巴胺溶液由多巴胺和tris-hcl緩沖溶液組成。

54、在一些可選的實例中，所述tris-hcl緩沖溶液的ph值為8~9，例如可以是8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9或9.0，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

55、在一些可選的實例中，所述多巴胺溶液中的多巴胺的濃度為0.5~1.5g/l，例如可以是0.5g/l、0.6g/l、0.7g/l、0.8g/l、0.9g/l、1.0g/l、1.1g/l、1.2g/l、1.3g/l、1.4g/l或1.5g/l，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

56、聚多巴胺能夠顯著促進mxene納米片的剝離，但當(dāng)多巴胺溶液的濃度超過1.5g/l時，mxene納米片的剝離效果變差，這是由于過量的聚多巴胺納米顆粒與mxene納米片表面的官能團產(chǎn)生了更強的相互作用，從而使得mxene納米片的層間距略有降低。

57、在一些可選的實例中，所述mxene分散液與多巴胺溶液的體積比為(10~12):1，例如可以是10:1、10.2:1、10.4:1、10.6:1、10.8:1、11:1、11.2:1、11.4:1、11.6:1、11.8:1或12:1，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

58、在一些可選的實例中，所述mxene分散液與多巴胺溶液在搖床中混合振蕩12~24h，例如可以是12h、13h、14h、15h、16h、17h、18h、19h、20h、21h、22h、23h或24h，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

59、作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟（ⅲ）中，所述醋酸水溶液中的醋酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2~3wt%，例如可以是2.0wt%、2.1wt%、2.2wt%、2.3wt%、2.4wt%、2.5wt%、2.6wt%、2.7wt%、2.8wt%、2.9wt%或3.0wt%，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

60、在一些可選的實例中，所述殼聚糖與醋酸水溶液的混合比例為1g:(40~60)ml，例如可以是1g:40ml、1g:42ml、1g:44ml、1g:46ml、1g:48ml、1g:50ml、1g:52ml、1g:54ml、1g:56ml、1g:58ml或1g:60ml，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

61、在一些可選的實例中，所述殼聚糖與醋酸水溶液混合時的加熱溫度為50~60℃，例如可以是50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃或60℃，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

62、在一些可選的實例中，所述殼聚糖與醋酸水溶液混合時的攪拌時間為2~3h，例如可以是2.0h、2.1h、2.2h、2.3h、2.4h、2.5h、2.6h、2.7h、2.8h、2.9h或3.0h，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

63、在一些可選的實例中，所述殼聚糖溶液中的殼聚糖與2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨的質(zhì)量比為1:(1.6~1.8)，例如可以是1:1.6、1:1.62、1:1.64、1:1.66、1:1.68、1:1.7、1:1.72、1:1.74、1:1.76、1:1.78或1:1.8，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

64、在一些可選的實例中，所述殼聚糖溶液與2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨在季銨化改性過程中的加熱溫度為75~85℃，例如可以是75℃、76℃、77℃、78℃、79℃、80℃、81℃、82℃、83℃、84℃或85℃，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

65、在一些可選的實例中，所述殼聚糖溶液與2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨在季銨化改性過程中的攪拌時間為10~12h，例如可以是10h、10.2h、10.4h、10.6h、10.8h、11h、11.2h、11.4h、11.6h、11.8h或12h，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

66、在一些可選的實例中，所述聚乙烯醇、丙三醇和去離子水的質(zhì)量比為1:(2.5~3.5):(1.8~2.2)，例如可以是1:2.5:1.8、1:2.6:1.85、1:2.7:1.9、1:2.8:1.95、1:2.9:2、1:3.0:2.05、1:3.1:2.1、1:3.2:2.15、1:3.3:2.2、1:3.4:2.2或1:3.5:2.2，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

67、在一些可選的實例中，所述反應(yīng)前體溶液的加熱回流反應(yīng)的反應(yīng)溫度為100~120℃，例如可以是100℃、102℃、104℃、106℃、108℃、110℃、112℃、114℃、116℃、118℃或120℃，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

68、在一些可選的實例中，所述反應(yīng)前體溶液的加熱回流反應(yīng)的反應(yīng)時間為1~2h，例如可以是1.0h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h或2.0h，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

69、在一些可選的實例中，所述海藻酸鈉溶液中的海藻酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3~5wt%，例如可以是3.0wt%、3.2wt%、3.4wt%、3.6wt%、3.8wt%、4.0wt%、4.2wt%、4.4wt%、4.6wt%、4.8wt%或5.0wt%，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

70、在一些可選的實例中，所述海藻酸鈉溶液中的海藻酸鈉與高碘酸鈉的質(zhì)量比為(2~3):1，例如可以是2.0:1、2.1:1、2.2:1、2.3:1、2.4:1、2.5:1、2.6:1、2.7:1、2.8:1、2.9:1或3.0:1，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

71、在一些可選的實例中，所述海藻酸鈉溶液與高碘酸鈉在氧化反應(yīng)過程中的攪拌時間為3~5h，例如可以是3.0h、3.2h、3.4h、3.6h、3.8h、4.0h、4.2h、4.4h、4.6h、4.8h或5.0h，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

72、作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟（ⅳ）中，所述季銨化殼聚糖、所述改性聚乙烯醇、所述氧化海藻酸鈉以及所述納米纖維素溶液中的絕干納米纖維素的質(zhì)量比為1:(3~5):(0.5~0.8):(0.6~0.7)，例如可以是1:3:0.5:0.6、1:3.2:0.55:0.61、1:3.4:0.6:0.62、1:3.6:0.65:0.63、1:3.8:0.7:0.64、1:4:0.75:0.65、1:4.2:0.8:0.66、1:4.4:0.7:0.67、1:4.6:0.75:0.68、1:4.8:0.8:0.69或1:5:0.85:0.7，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

73、本發(fā)明在前體混合液中添加了納米纖維素，增加了改性mxene納米片的層間距，減少了改性mxene納米片的堆疊現(xiàn)象，提高了氣凝膠基體的光吸收性能，同時，改性mxene納米片的層間距的增加在一定程度上也阻隔了熱量的傳導(dǎo)和耗散。但當(dāng)納米纖維素的添加量低于本發(fā)明限定的范圍下限時，會導(dǎo)致改性mxene納米片的層間距降低，改性mxene納米片出現(xiàn)堆疊現(xiàn)象，進而造成太陽能界面蒸發(fā)器件的表面溫度下降。而納米纖維素的添加量高于本發(fā)明限定的范圍上限時，會導(dǎo)致前體混合液的黏度過大，影響光熱轉(zhuǎn)換材料和mxene納米片在前體混合液中的分散均勻性。

74、在一些可選的實例中，所述納米纖維素溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5~1.5wt%，例如可以是0.5wt%、0.6wt%、0.7wt%、0.8wt%、0.9wt%、1.0wt%、1.1wt%、1.2wt%、1.3wt%、1.4wt%或1.5wt%，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

75、在一些可選的實例中，所述前體混合液中的季銨化殼聚糖、改性聚乙烯醇和氧化海藻酸鈉的總質(zhì)量、所述光熱轉(zhuǎn)換材料的質(zhì)量以及所述改性mxene納米片的質(zhì)量的比為1:(0.01~0.05):(0.005~0.01)，例如可以是1:0.01:0.005、1:0.015:0.0055、1:0.02:0.006、1:0.025:0.0065、1:0.03:0.007、1:0.035:0.0075、1:0.04:0.008、1:0.045:0.0085、1:0.05:0.009、1:0.05:0.0095、1:0.05:0.01，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

76、太陽能界面蒸發(fā)器件的吸水性能、蒸發(fā)性能和光熱轉(zhuǎn)換性能隨著改性mxene納米片添加量的增加呈先增大后減小的變化趨勢，這是由于，改性mxene納米片具有優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換效率，加入改性mxene納米片后可以顯著增強太陽能界面蒸發(fā)器件的光吸收能力，同時，mxene納米片表面過多的親水官能團也進一步提高了氣凝膠基體表面和孔道內(nèi)壁的親水性，促進了海水在其親水表面快速移動傳輸，因此，隨著mxene納米片添加量的提高，太陽能界面蒸發(fā)器件的吸水性能、蒸發(fā)性能和光熱轉(zhuǎn)換性能均有顯著提升。但當(dāng)改性mxene納米片的添加量超過本發(fā)明限定的范圍上限時，改性mxene納米片與海藻酸鈉的物理交聯(lián)形成了更加致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致最終形成的氣凝膠基體內(nèi)的孔道孔徑降低，影響了氣凝膠基體內(nèi)部的水分輸送和水蒸氣逸散，使得太陽能界面蒸發(fā)器件的吸水性能和蒸發(fā)性能下降；此外，當(dāng)改性mxene納米片添加過量時，改性mxene納米片發(fā)生團聚現(xiàn)象，使得改性mxene納米片的片層間距隨之降低，導(dǎo)致氣凝膠基體對太陽光的吸收能力下降，氣凝膠基體的導(dǎo)熱性能也會隨之增加，進而導(dǎo)致光熱轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的熱量被迅速傳導(dǎo)并耗散，難以及時用于加熱水分。

77、太陽能界面蒸發(fā)器件的吸水性能、蒸發(fā)性能和光熱轉(zhuǎn)換性能隨著光熱轉(zhuǎn)換材料添加量的增加呈先增大后減小的變化趨勢，這是由于，光熱轉(zhuǎn)換材料在可見光和近紅外輻射區(qū)域可以有效吸收太陽光并轉(zhuǎn)化為熱量，進而將海水蒸發(fā)為水蒸氣，隨著光熱轉(zhuǎn)換材料添加量的逐漸增大，太陽能界面蒸發(fā)器件的吸水性能、蒸發(fā)性能和光熱轉(zhuǎn)換性能逐漸提高，當(dāng)光熱轉(zhuǎn)換材料的添加量超過本發(fā)明限定的范圍上限時，光熱轉(zhuǎn)換材料會發(fā)生團聚現(xiàn)象，進而影響了太陽能界面蒸發(fā)器件的吸水性能、蒸發(fā)性能和光熱轉(zhuǎn)換性能。

78、在一些可選的實例中，所述前體混合液、光熱轉(zhuǎn)換材料和改性mxene納米片超聲分散的超聲功率為400~500w，例如可以是400w、410w、420w、430w、440w、450w、460w、470w、480w、490w或500w，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

79、在一些可選的實例中，所述前體混合液、光熱轉(zhuǎn)換材料和改性mxene納米片超聲分散的超聲時間為1~2h，例如可以是1.0h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h或2.0h，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

80、作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟（ⅴ）中，所述鹽酸溶液的濃度為1~2mol/l，例如可以是1.0mol/l、1.1mol/l、1.2mol/l、1.3mol/l、1.4mol/l、1.5mol/l、1.6mol/l、1.7mol/l、1.8mol/l、1.9mol/l或2.0mol/l，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

81、在一些可選的實例中，所述戊二醛酸溶液中的戊二醛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2~3wt%，例如可以是2.0wt%、2.1wt%、2.2wt%、2.3wt%、2.4wt%、2.5wt%、2.6wt%、2.7wt%、2.8wt%、2.9wt%或3.0wt%，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

82、在一些可選的實例中，所述凝膠前體溶液中的季銨化殼聚糖、改性聚乙烯醇以及氧化海藻酸鈉的總質(zhì)量與所述戊二醛酸溶液中的戊二醛的質(zhì)量的比為1:(10~20)，例如可以是1:10、1:11、1:12、1:13、1:14、1:15、1:16、1:17、1:18、1:19或1:20，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

83、在一些可選的實例中，待所述戊二醛酸溶液全部滴加后混合攪拌0.5~1.5h以發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，例如可以是0.5h、0.6h、0.7h、0.8h、0.9h、1.0h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h或1.5h；隨后靜置3~5h以完成凝膠化，例如可以是3.0h、3.2h、3.4h、3.6h、3.8h、4.0h、4.2h、4.4h、4.6h、4.8h或5.0h，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

84、在一些可選的實例中，所述水凝膠中間體的冷凍溫度為-20~-30℃，例如可以是-20℃、-21℃、-22℃、-23℃、-24℃、-25℃、-26℃、-27℃、-28℃、-29℃或-30℃，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

85、在一些可選的實例中，所述水凝膠中間體的冷凍時間為3~5h，例如可以是3.0h、3.2h、3.4h、3.6h、3.8h、4.0h、4.2h、4.4h、4.6h、4.8h或5.0h，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

86、在一些可選的實例中，所述水凝膠中間體的解凍溫度為30~40℃，例如可以是30℃、31℃、32℃、33℃、33℃、34℃、35℃、36℃、37℃、38℃、39℃或40℃，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

87、在一些可選的實例中，所述水凝膠中間體的解凍時間為3~5h，例如可以是3.0h、3.2h、3.4h、3.6h、3.8h、4.0h、4.2h、4.4h、4.6h、4.8h或5.0h，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

88、作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟（ⅵ）中，所述苯胺單體溶液中的苯胺單體的濃度為1.5~2.5g/l，例如可以是1.5g/l、1.6g/l、1.7g/l、1.8g/l、1.9g/l、2.0g/l、2.1g/l、2.2g/l、2.3g/l、2.4g/l或2.5g/l，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

89、在短鏈聚苯胺納米纖維原位生長過程中，苯胺單體溶液中的苯胺單體的濃度會對短鏈聚苯胺的納米形貌產(chǎn)生顯著影響，當(dāng)苯胺單體溶液中的苯胺單體的濃度低于1.5g/l時，苯胺單體的濃度過低，不足以引發(fā)接枝過程，只形成了顆粒狀的團簇物，無法形成短鏈聚苯胺納米纖維。當(dāng)苯胺單體溶液中的苯胺單體的濃度在1.5~2.5g/l范圍內(nèi)時，改性mxene納米片的表面生長出的短鏈聚苯胺納米纖維較為規(guī)整且數(shù)量密度較大。當(dāng)苯胺單體溶液中的苯胺單體的濃度超過2.5g/l時，改性mxene納米片的表面無法形成短鏈聚苯胺納米纖維，這是由于，苯胺單體的濃度過高，導(dǎo)致苯胺單體在溶液中發(fā)生成核接枝生長，使得聚苯胺以游離態(tài)的形式在溶液中大量生成并沉降，而無法直接在改性mxene納米片的表面接枝生長。

90、在一些可選的實例中，所述苯胺單體溶液中的苯胺單體與所述過硫酸銨溶液中的過硫酸銨的質(zhì)量比為1:(2~3)，例如可以是1:2.0、1:2.1、1:2.2、1:2.3、1:2.4、1:2.5、1:2.6、1:2.7、1:2.8、1:2.9或1:3.0，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

91、在一些可選的實例中，待所述過硫酸銨溶液全部滴加后，對由苯胺單體溶液和過硫酸銨溶液組成的混合液進行磁力攪拌0.5~1.5h，例如可以是0.5h、0.6h、0.7h、0.8h、0.9h、1.0h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h或1.5h；隨后靜置2~3h以完成聚合反應(yīng)生成聚苯胺，例如可以是2.0h、2.1h、2.2h、2.3h、2.4h、2.5h、2.6h、2.7h、2.8h、2.9h或3.0h，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

92、在一些可選的實例中，所述冷板的溫度為-50~-60℃，例如可以是-50℃、-51℃、-52℃、-53℃、-54℃、-55℃、-56℃、-57℃、-58℃、-59℃或-60℃，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

93、在一些可選的實例中，所述改性復(fù)合水凝膠在冷板上放置30~50min，例如可以是30min、32min、34min、36min、38min、40min、42min、44min、46min、48min或50min，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

94、在一些可選的實例中，所述改性復(fù)合水凝膠在冷凍干燥機內(nèi)的冷凍干燥的溫度為-70~-80℃，例如可以是-70℃、-71℃、-72℃、-73℃、-74℃、-75℃、-76℃、-77℃、-78℃、-79℃或-80℃，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

95、在一些可選的實例中，所述改性復(fù)合水凝膠在冷凍干燥機內(nèi)的冷凍干燥的時間為12~24h，例如可以是12h、13h、14h、15h、16h、17h、18h、19h、20h、21h、22h、23h或24h，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

96、作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟（ⅶ）中，所述鹽酸溶液的濃度為0.5~1.5mol/l，例如可以是0.5mol/l、0.6mol/l、0.7mol/l、0.8mol/l、0.9mol/l、1.0mol/l、1.1mol/l、1.2mol/l、1.3mol/l、1.4mol/l或1.5mol/l，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

97、在一些可選的實例中，所述吡咯單體與鹽酸溶液的體積比為1:(10~20)，例如可以是1:10、1:11、1:12、1:13、1:14、1:15、1:16、1:17、1:18、1:19或1:20，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

98、本發(fā)明特別限定了吡咯單體與鹽酸溶液的體積比為1:(10~20)，吡咯單體與鹽酸溶液的體積比會直接影響聚吡咯的生成量，聚吡咯的生成量過低或過高均會影響太陽能界面蒸發(fā)器件的吸水性能、蒸發(fā)性能和光熱轉(zhuǎn)換性能，聚吡咯的生成量過低，親水性和光熱轉(zhuǎn)換能力不足，太陽能界面蒸發(fā)器件難以吸收水分且內(nèi)部的水分難以蒸發(fā)，導(dǎo)致太陽能界面蒸發(fā)器件的吸水性能、蒸發(fā)性能和光熱轉(zhuǎn)換性能下降；聚吡咯的生成量過高，會堵塞太陽能界面蒸發(fā)器件內(nèi)部的部分孔道，影響水分的傳輸和水蒸氣的逸散，導(dǎo)致太陽能界面蒸發(fā)器件的吸水性能、蒸發(fā)性能和光熱轉(zhuǎn)換性能下降。只有當(dāng)吡咯單體與鹽酸溶液的體積比在1:(10~20)范圍內(nèi)時，聚吡咯的生成量適中，既能保證太陽能界面蒸發(fā)器件擁有足夠的光熱轉(zhuǎn)換性能，也不會堵塞太陽能界面蒸發(fā)器件內(nèi)部的孔道結(jié)構(gòu)。

99、在一些可選的實例中，所述氣凝膠基體浸泡于所述吡咯單體溶液時的磁力攪拌的轉(zhuǎn)速為700~800r/min，例如可以是700r/min、710r/min、720r/min、730r/min、740r/min、750r/min、760r/min、770r/min、780r/min、790r/min或800r/min，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

100、在一些可選的實例中，所述氣凝膠基體浸泡于所述吡咯單體溶液時的磁力攪拌的時間為1~2h，例如可以是1.0h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h或2.0h，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

101、在一些可選的實例中，所述吡咯單體溶液中的吡咯單體與三氯化鐵溶液中的三氯化鐵的摩爾比為1:(1.5~2.5)，例如可以是1:1.5、1:1.6、1:1.7、1:1.8、1:1.9、1:2.0、1:2.1、1:2.2、1:2.3、1:2.4或1:2.5，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

102、在一些可選的實例中，所述三氯化鐵溶液中的三氯化鐵的濃度為30~40g/l，例如可以是30g/l、31g/l、32g/l、33g/l、34g/l、34g/l、36g/l、37g/l、38g/l、39g/l或40g/l，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

103、在一些可選的實例中，所述吡咯單體溶液與三氯化鐵溶液的冰水浴溫度為0~10℃，例如可以是0℃、1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、9℃或10℃，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

104、本發(fā)明選擇在低溫環(huán)境中進行吡咯單體的聚合反應(yīng)，這是由于吡咯單體在高溫環(huán)境中會快速聚合生成聚吡咯，并且大部分的聚吡咯并不會負(fù)載于氣凝膠基體上。此外，在氣凝膠基體上聚合生成的聚吡咯共軛鏈存在著很多缺陷，導(dǎo)致光熱轉(zhuǎn)換性能較差。在低溫條件下的聚合反應(yīng)體系的反應(yīng)速率相對較慢，吡咯單體能夠在氣凝膠基體表面進行充分聚合，并且能夠降低聚吡咯長分子鏈上的缺陷。

105、在一些可選的實例中，所述吡咯單體溶液與三氯化鐵溶液的磁力攪拌的轉(zhuǎn)速為300~400r/min，例如可以是300r/min、310r/min、320r/min、330r/min、340r/min、350r/min、360r/min、370r/min、380r/min、390r/min或400r/min，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

106、在一些可選的實例中，所述吡咯單體溶液與三氯化鐵溶液的磁力攪拌的時間為1~2h，例如可以是1.0h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h或2.0h，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

107、在一些可選的實例中，所述液氮冷凍干燥的時間為10~20min，例如可以是10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min或20min，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

108、第二方面，本發(fā)明提供了一種采用第一方面所述的制備方法制備得到的納米纖維素基太陽能界面蒸發(fā)器件。

109、第三方面，本發(fā)明提供了一種第二方面所述的納米纖維素基太陽能界面蒸發(fā)器件的用途，所述納米纖維素基太陽能界面蒸發(fā)器件用于海水淡化。

110、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

111、本發(fā)明以季銨化殼聚糖、改性聚乙烯醇、氧化海藻酸鈉和納米纖維素溶液作為凝膠前體溶液，并在凝膠前體溶液中加入由氧化石墨烯和硫化銅組成的光熱轉(zhuǎn)換材料以及經(jīng)聚乙烯亞胺和聚多巴胺改性的改性mxene納米片，在戊二醛交聯(lián)劑的作用下，通過氫鍵交聯(lián)和凍融循環(huán)作用構(gòu)建了具有良好骨架結(jié)構(gòu)的復(fù)合水凝膠；隨后利用化學(xué)原位聚合，以過硫酸銨為氧化劑，引發(fā)了苯胺單體在復(fù)合水凝膠內(nèi)部進行原位生長生成聚苯胺納米纖維，通過定向冷凍干燥，得到了具有垂直排列的大孔通道的氣凝膠基體，最后在氣凝膠基體表面進行吡咯原位聚合反應(yīng)生成聚吡咯，聚吡咯作為光吸收位點顯著提高了太陽能界面蒸發(fā)器件的光捕獲能力，有助于實現(xiàn)太陽能界面蒸發(fā)器件在全光譜范圍內(nèi)的寬吸收，提高了太陽能界面蒸發(fā)器件對太陽光的利用率。